JPH0264008A - Single crystal of lanthanide silicate useful as scintillator for detecting x-rays and/or gamma rays - Google Patents

Single crystal of lanthanide silicate useful as scintillator for detecting x-rays and/or gamma rays

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JPH0264008A
JPH0264008A JP1173878A JP17387889A JPH0264008A JP H0264008 A JPH0264008 A JP H0264008A JP 1173878 A JP1173878 A JP 1173878A JP 17387889 A JP17387889 A JP 17387889A JP H0264008 A JPH0264008 A JP H0264008A
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JP
Japan
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scintillator
single crystal
formula
rays
lanthanide
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Pending
Application number
JP1173878A
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Japanese (ja)
Inventor
Bernard Francois
ベルナール フランソワ
Monique Navizet
モニク ナビゼ
Jean-Claude Rebreyend
ジャン―クロード ルブルヤン
Christophe Wyon
クリストフェ ウィオン
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Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K4/00Conversion screens for the conversion of the spatial distribution of X-rays or particle radiation into visible images, e.g. fluoroscopic screens
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7766Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
    • C09K11/77742Silicates

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Abstract

PURPOSE: To produce a monocrystal of silicate of a rare earth element usable as a scintillator having a specified composition formula and capable of obtaining an improved performance in comparison with the monocrystal obtained by using well-known oxyolketosilicate.
CONSTITUTION: This scintillator is composed of the monocrystal of silicate of lanthanide expressed by formula I. In formula I, Ln and Ln' are different from each other and represent a rare earth element selected among La, Gd, Yb and Lu and x1, x2 and x3 are such that 0≤x1<1, 0≤x2≤0.05, 0≤x3≤0.05, 0<x2+x3≤0.1, 0<x1+x2+x3<1. A detector of X-ray and/or γ-ray is constituted by incorporating the scintillator and a photoelectric detector for detecting light radiated from the scintillator.
COPYRIGHT: (C)1990,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエックス線又はガンマ線の検出のためのシンチ
レータ−として有用なランタニドケイ酸塩の単結晶に関
する。更に詳しくは本発明は医学的画像、又は核廃棄物
容器のような物体の非破壊検査ならびに石油探査に関係
する陽電子放射断層撮影(positron emis
sion tomography)に対して用途を有す
るシンチレータ−の製造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to single crystals of lanthanide silicates useful as scintillators for the detection of X-rays or gamma rays. More particularly, the present invention relates to medical imaging or non-destructive testing of objects such as nuclear waste containers, as well as positron emission tomography related to oil exploration.
The present invention relates to the production of scintillators with application for scintillation tomography.

シンチレータ−はエックス線及びl又はガンマ線を低エ
ネルギーの光子放射線に転換させることを可能ならしめ
る物質であって、特に光電子増倍管の通過帯域(pas
s band)に対して好適である。
A scintillator is a substance that makes it possible to convert X-rays and l or gamma rays into low-energy photon radiation, especially in the passband of a photomultiplier tube.
S band).

シンチレータ−として有用な物質のうちでケイ素の混合
酸化物、特に米国特許第4,647,781号明細書に
記載のような式: %式% (式中LnはY及びl又はLaであり、そしてX及びy
は 0 りx (0,5 1,103(: y (0,1 のような値である)で示される希土類のオキシオルトケ
イ酸塩が最近開発された。
Among the materials useful as scintillators are mixed oxides of silicon, particularly those with the formula as described in U.S. Pat. No. 4,647,781: and X and y
Rare earth oxyorthosilicates have been recently developed, denoted by y (with values such as 0,1).

上記のような物質の性能は下記のパラメーターd:物質
密度 2:実効原子番号 ■=シンチレーション光度 ■:ルミネセンス減衰速度 を基準にして評価することができる。
The performance of the above-mentioned materials can be evaluated based on the following parameters d: material density 2: effective atomic number ■=scintillation luminous intensity ■: luminescence decay rate.

これらのパラメーターにより性能係数(figure 
ofmerit )、F=dZ5I/vを定義すること
ができる。
These parameters create a figure of performance.
ofmerit), F=dZ5I/v can be defined.

この性能係数Fにおいて、数値dZ5はエックス線及び
l又はガンマ線の吸収係数を特徴づけ、ファクターI/
vは発光イオン(luminecent ion )及
び前記イオンの結晶環境の特性を示す。
In this performance factor F, the numerical value dZ5 characterizes the absorption coefficient of X-rays and l or gamma rays, and the factor I/
v represents the characteristics of the luminescent ion and the crystal environment of the ion.

これらの希土類オキシオルトケイ酸塩から形成されるシ
ンチレータ−は特に陽電子放射断層撮影における応用に
対して満足な結果を与える。しかしながら、それらシン
チレータ−の性能特性を更に改良し、特に、より速やか
なルミネセンス減衰及びl又はより高い放射度(emi
ssion 1ntensity )を得ることは有益
である。
Scintillators formed from these rare earth oxyorthosilicates give particularly satisfactory results for applications in positron emission tomography. However, the performance characteristics of these scintillators could be further improved, in particular with faster luminescence decay and higher emitters.
ssion 1ntensity).

本発明は特に、公知のオキシオルトケイ酸塩を使用して
得られたものと比較して改良された性能を得ることので
きるシンチレータ−として有用な希土類ケイ酸塩の新規
な単結晶に関する。
The present invention particularly relates to new single crystals of rare earth silicates useful as scintillators which provide improved performance compared to those obtained using known oxyorthosilicates.

本発明によれば、エックス線及びl又はガンマ線の検出
のためのシンチレータ−として有用なランタニドケイ酸
塩の単結晶は、ランタニドケイ酸塩が式: %式%) (式中、Ln及びLn’は互いに異なり、La、Gd、
Yb及びLuの中から選択される希土類元素を表わし、
そしてXl、X2及びX3は 0 <Xi < 1 0 (X2 (0,05 0(X3 (0,05 0< x2+ x3< 0.1 0<X1+X2+X3<1 である)に一致することを特徴とする。
According to the present invention, a single crystal of a lanthanide silicate useful as a scintillator for the detection of X-rays and l or gamma rays has the formula: %formula%, where Ln and Ln' are Different from each other, La, Gd,
represents a rare earth element selected from Yb and Lu,
And Xl, X2 and X3 are characterized by being equal to 0 < Xi < 1 0 (X2 (0,05 0(X3 (0,05 0 < x2 + x3 < 0.1 0 < X1 + X2 + .

本発明の第一の実施態様によればXl及びX3はOに等
しい。この場合ランタニドケイ酸塩は式:%式%) (式中、X2は0 < X2 (0−05、好ましくは
0.005 (x2<、 0.02である)に一致する
According to a first embodiment of the invention, Xl and X3 are equal to O. In this case, the lanthanide silicate has the formula: %formula %, where X2 corresponds to 0<X2 (0-05, preferably 0.005, with x2<, 0.02).

例えばx2は0.01と0.011との間に変動するこ
とができ、式: %式%) で示されるケイ酸塩に相当する。
For example, x2 can vary between 0.01 and 0.011 and corresponds to a silicate with the formula: %.

これらのケイ酸塩は周囲温度において約410nmの発
光波長(emission wavelength )
を有する。
These silicates have an emission wavelength of approximately 410 nm at ambient temperature.
has.

本発明の第二の実施態様によればX1=0である。この
場合ランタニドケイ酸塩は式:%式%) (式中、LnはLa、 Gd、 Yb及びLuの中から
選択される希土類元素を表わし、そしてX2及びX3は
0 < X2 (0,05 0 < X3(0,05 好ましくは 0.003 (X2 (0,01 0,005(X3 (0,02 である)に一致する。
According to a second embodiment of the invention, X1=0. In this case, the lanthanide silicate has the formula: %formula %) (wherein Ln represents a rare earth element selected from La, Gd, Yb and Lu, and X2 and X3 have the formula: %formula%) < X3 (0,05 preferably 0.003 (X2 (0,01 0,005) corresponds to

この式で示される希土類ケイ酸塩の例としては、式: %式%) で示されるケイ酸塩のようなX2が0.005と0.0
06との間に変動し、X3が0.016と0.017と
の間に変動する希土類ケイ酸塩を挙げることができる。
Examples of rare earth silicates with this formula include silicates with X2 of 0.005 and 0.0.
Mention may be made of rare earth silicates whose X3 varies between 0.016 and 0.017.

このような希土類ケイ酸塩は、セリウムとテルビウムと
が共存することにより500〜550nmの範囲にわた
る高い発光波長を有する。
Such rare earth silicates have high emission wavelengths ranging from 500 to 550 nm due to the coexistence of cerium and terbium.

本発明の第三の実施態様によればX3=0である。この
場合においてはランクニドケイ酸塩は式:%式%) (式中、Ln及びLn’は互に異なり、La、 Gd、
 Yb及びLuの中から選択される希土類元素を表わし
、そしてxl及びx2は、 0<xl<1 0 < X2 < 0.05 0<X1+x2<1 であり、好ましくは、 0.05(Xl(0,2 0,005< x2り0.02 0.055 < XI + X2 < 0.22である
)に一致する。
According to a third embodiment of the invention, X3=0. In this case, the rank nido silicate has the formula: % formula %) (wherein Ln and Ln' are different from each other, La, Gd,
represents a rare earth element selected from Yb and Lu, and xl and x2 are 0<xl<1 0<X2<0.05 0<X1+x2<1, preferably 0.05(Xl(0 , 2 0,005 < x2 0.02 0.055 < XI + X2 < 0.22).

例えばX□は0゜1と0.11との間に変動することが
でき、X2は0.01と0.011との間に変動するこ
とができる。この種のケイ酸塩は式: %式%) により示される。
For example, X□ can vary between 0°1 and 0.11, and X2 can vary between 0.01 and 0.011. This type of silicate is represented by the formula: %Formula %).

本発明の第四の実施態様によればXl、x2及びX3は
すべてOよりも大きい。この場合においてはX工、x2
及びX3は 0 < Xl< 1 0 < X2 (0,05 0< Xa (0,05 好ましくは 0.05 (xl<、 0.2 0.003 (X2 <0.01 0.005 (X3(0,02 である。
According to a fourth embodiment of the invention, Xl, x2 and X3 are all greater than O. In this case, X engineering, x2
and X3 is 0 < Xl < 1 0 < X2 (0,05 0 < Xa (0,05 preferably 0.05 (xl <, 0.2 0.003 ( ,02.

例えばxoは0.1と0.11との間に、X2は0.0
5と0.06との間に、そしてX3は0.01と0.0
11との間に変動することができる。
For example, xo is between 0.1 and 0.11, X2 is 0.0
between 5 and 0.06, and X3 is between 0.01 and 0.0
11.

この種のケイ酸塩は式: %式%) これらのケイ酸塩もまたセリウムとテルビウムとの共存
の故に500 nmと550 nmとの間の波長範囲に
おいて発光する。
Silicates of this type have the formula: %Formula %) These silicates also emit light in the wavelength range between 500 and 550 nm due to the coexistence of cerium and terbium.

本発明において使用されるセリウム及び随意的にテルビ
ウムにより活性化された希土類ケイ酸塩は公知の化合物
であり、ジャーナル オブ エレクトロケミカル ソサ
エティー(J、 Electrochem。
The rare earth silicates activated with cerium and optionally terbium used in the present invention are known compounds and are published in the Journal of the Electrochemical Society (J, Electrochem).

Soc、 )から刊行されたJ、 J、ランマース(L
ammers )及びG、ブラッセ(Brasse )
著:ソリッド−ステート サイエンス アンド テクノ
ロジー(Solid −8tate 5cience 
and Technology)、1987年、206
8〜2071頁の論文に記載のようにリン仄石型の構造
を有する。こ゛の論文においては前記ケイ酸塩は粉末の
形態で製造され、それらのルミネセンス性は紫外線又は
エックス線により励起しながら測定する。テルビウムに
より活性化されたオキシオルトケイ酸塩Gd2510s
についても研究され、該論文の結論はCe3+及びTb
3+により活性化された本発明によるケイ酸塩はケイ光
物質として比較的に無効であり、それに対してGd2S
iO5のようなオキシオルトケイ酸塩は優れているとい
うことを示した。
Soc, ) published by J, J, Lammers (L
ammers) and G, Brasse
Author: Solid-State Science and Technology (Solid-8tate 5science)
and Technology), 1987, 206
As described in the paper on pages 8 to 2071, it has a phosphatite-type structure. In this paper, the silicates are prepared in the form of powders and their luminescence is determined while being excited by ultraviolet or X-ray radiation. Oxyorthosilicate Gd2510s activated by terbium
was also studied, and the conclusion of the paper was that Ce3+ and Tb
The silicates according to the invention activated by 3+ are relatively ineffective as fluorophores, whereas the Gd2S
Oxyorthosilicates such as iO5 have been shown to be superior.

このように上記論文の記載から、これら同一のケイ酸塩
のこれら単結晶がシンチレータ−として前記論文及び米
国特許第4,647,781号に記載されているオキシ
オルトケイ酸塩よりも、より良好な性能を有するという
ことを推測することはできなかった。
It thus appears from the above article that these single crystals of these same silicates are better scintillators than the oxyorthosilicates described in the above article and in U.S. Pat. No. 4,647,781. It was not possible to infer that it had any performance.

本発明によるランタニドケイ酸塩の単結晶は、例えば対
応する酸化物Ln2O3、Ln’203、CeO2又は
Ce2O3、Tb2O3及び5tO2を混合することに
よるような慣用の方法により得られるランタニドケイ酸
塩粉末から製造することができる。該粉末を混合した後
に加熱処理を行う。この加熱処理により本発明によるラ
ンタニドケイ酸塩を得ることができる。採用する温度は
一般的に1000°Cを超え、しかも構成酸化物の性質
及びそれらの割合の関数として選択される。
The single crystals of lanthanide silicates according to the invention are produced from lanthanide silicate powders obtained by conventional methods, such as for example by mixing the corresponding oxides Ln2O3, Ln'203, CeO2 or Ce2O3, Tb2O3 and 5tO2. can do. After mixing the powder, heat treatment is performed. This heat treatment makes it possible to obtain the lanthanide silicate according to the present invention. The temperatures employed are generally above 1000° C. and are chosen as a function of the nature of the constituent oxides and their proportions.

また水性溶媒又は非水性溶媒中におけるLn3+Ln+
 3+、3i4+、Ce” (n = 3又は4)、及
びTb3+の可溶性化合物からの沈殿によりランタニド
ケイ酸塩粉末を製造することもできる。使用される塩は
、例えばアセテートであることができ、沈殿はアンモニ
アを添加することにより得ることができる。次いで該粉
末は慣用の単結晶製造法、特にチョクラルスキー(Cz
ochralski )法により単結晶に変化させる。
Also, Ln3+Ln+ in an aqueous or non-aqueous solvent
Lanthanide silicate powders can also be prepared by precipitation from soluble compounds of 3+, 3i4+, Ce" (n = 3 or 4), and Tb3+. The salt used can be, for example, acetate, and the precipitation can be obtained by adding ammonia.The powder can then be prepared using conventional single crystal production methods, in particular Czochralski (Cz
ochralski) method to convert it into a single crystal.

この目的のために該粉末をルツボに入れ、それを融解浴
を形成するように大気酸素から保護されたケイ酸塩の融
解温度又は溶融温度まで加熱し、次いでケイ酸塩の六方
格子の結晶方向C又は結晶方向aに平行にカットされた
上記組成物の単結品積を使用するチョクラルスキー法に
より前記融解浴から単結晶を製造することができる。こ
の単結品積を浴に接触させ、次いで核自体に対する回転
運動をさせながら徐々に引き上げ、核によって示される
方向において該核の末端に確実に単結晶を漸進的に成長
させる。この方法はシンチレータ−工業に適する大きな
単結晶を製造することができる。
For this purpose, the powder is placed in a crucible, heated to the melting temperature of the silicate or to the melting temperature protected from atmospheric oxygen so as to form a molten bath, and then the crystal orientation of the hexagonal lattice of the silicate is A single crystal can be produced from the melt bath by the Czochralski method using a single crystal volume of the composition cut parallel to C or crystal direction a. This single crystal volume is brought into contact with the bath and then gradually pulled up with a rotational movement relative to the core itself, ensuring progressive growth of single crystals at the ends of the core in the direction indicated by the core. This method can produce large single crystals suitable for scintillator industry.

前記単結晶において平行六面体をカットし、次いで二つ
の末端面を研摩し、次いで平行六面体の一つの面によっ
て遮断(1ntercept )されるエックス光子及
びl又はガンマ光子の数を数えるために前記平行六面体
と光電子増倍管とを結合させることができる。
Cut a parallelepiped in the single crystal, then polish the two end faces, and then attach the parallelepiped to count the number of X photons and l or gamma photons that are intercepted by one face of the parallelepiped. It can be combined with a photomultiplier tube.

このように本発明は、本発明によるランタニドケイ酸塩
単結晶とシンチレータ−からの光を検出するための光電
検出器とから構成されるシンチレータ−を包含するエッ
クス線及びl又はガンマ線検出器にも関する。
The invention thus also relates to an X-ray and l- or gamma-ray detector comprising a scintillator consisting of a lanthanide silicate single crystal according to the invention and a photoelectric detector for detecting the light from the scintillator. .

本発明によるランタニドケイ酸塩の単結晶においては、
ドーパントとして添加されたセリウム及び恐らくはテル
ビウムの量にしたがってシンチレータ−の性質、特にそ
の発光性を応用することができる。
In the lanthanide silicate single crystal according to the present invention,
Depending on the amount of cerium and possibly terbium added as dopants, the properties of the scintillator, in particular its luminescent properties, can be adapted.

セリウムを単独で使用する場合にはシンチレータ−の発
光は410nm及び周囲温度において生ずる。しかしな
がら、セリウムとテルビウムとを同時に使用する場合に
はシンチレータ−の発光は500〜550nmの範囲に
ある。後者の場合、ルミネセンス強度工は特に高い。
When cerium is used alone, scintillator emission occurs at 410 nm and ambient temperature. However, when cerium and terbium are used simultaneously, the emission of the scintillator is in the range of 500 to 550 nm. In the latter case, the luminescence intensity is particularly high.

添加されるセリウムの量はルミネセンス減衰速度に影響
し、該速度はセリウム含量と共に増加し、しかも常に米
国特許第4,647,781号明細書のオキシオルトケ
イ酸塩により得られた減衰速度よりも高い。
The amount of cerium added affects the rate of luminescence decay, which increases with cerium content and is always lower than the rate of decay obtained with the oxyorthosilicate of U.S. Pat. No. 4,647,781. expensive.

本発明によれば、ランタニドLnを、より高い原子番号
を有する他のランタニドLn’により部分的に置換する
ことによってもシンチレータ−の性質が改良される。こ
のことにより該物質の実効原子番号2及びその密度dが
増加することができ、一方そのようにしてエックス線及
びl又はガンマ線の吸収係数が改良される。
According to the invention, the scintillator properties are also improved by partially replacing the lanthanide Ln by another lanthanide Ln' having a higher atomic number. This allows the effective atomic number 2 of the material and its density d to be increased, while the absorption coefficients for X-rays and l or gamma rays are thus improved.

結局、本発明において使用されるケイ酸塩はリン灰石型
の構造の利点を有し、この利点は周囲温度からケイ酸の
融解温度までにわたって同一かつ安定のままで残り、こ
れに対しセリウム及びランタニウムのオキシオルトケイ
酸塩はそれらの融点前に分解するのである。それ故、本
発明によるランタニドケイ酸塩中におけるセリウムの偏
析(segregation )はオキシオルトケイ酸
塩中に観察される偏析よりも少ない。したがってチョク
ラルスキー法によって得られた試料の結晶特性(cry
stalline quality )を改良し、かつ
より大量のセリウムを使用してルミネセンス減衰速度を
増加させることができる。
After all, the silicates used in the present invention have the advantage of an apatite-type structure, which remains the same and stable from ambient temperature up to the melting temperature of silicic acid, whereas cerium and Lanthanium oxyorthosilicates decompose before their melting point. Therefore, the segregation of cerium in the lanthanide silicates according to the invention is less than that observed in oxyorthosilicates. Therefore, the crystal properties (cry
Staline quality) and higher amounts of cerium can be used to increase the luminescence decay rate.

本発明の、その他の特色及び利点は下記の非限定的な実
施例を検討し、かつ図面を参照して推測することができ
る。図面は本発明によるエックス線及びl又はガンマ線
検出装置を概略的に示す。
Other features and advantages of the invention can be deduced from a consideration of the following non-limiting examples and with reference to the drawings. The drawing schematically shows an X-ray and l or gamma-ray detection device according to the invention.

実施例1:Gd9.28Ceo、o5(SiO2)6o
2の単結晶まず非常に純粋なGd2O3、SiO2及び
CeO2から混合酸化物粉末を調製した。この目的のた
めにアルミナ製るつぼ中にGd2o3の556.99 
g、 CeO2の2.86 g及びSiO□の119.
36 gを導入し、次いで空気中において約1500°
Cで48時間か焼し、次いで周囲温度に冷却した。次い
で、このようにして得られた式: Gdg、2g Ce
0o、os (8104)s 02のケイ酸塩粉末をイ
リジウム製るつぼ(直径60 mm、高さ60 mm 
)に入れ、次いで融解浴を形成するために大気酸素から
保護された1900°Cに近い該ケイ酸塩粉末の融点に
まで昇温させた。
Example 1: Gd9.28Ceo, o5(SiO2)6o
A mixed oxide powder was first prepared from very pure Gd2O3, SiO2 and CeO2. 556.99 of Gd2o3 in an alumina crucible for this purpose.
g, 2.86 g of CeO2 and 119.g of SiO□.
36 g and then about 1500° in air
Calcined for 48 hours at C and then cooled to ambient temperature. The formula thus obtained is then: Gdg,2gCe
0o, os (8104)s 02 silicate powder was placed in an iridium crucible (diameter 60 mm, height 60 mm).
) and then heated to the melting point of the silicate powder, close to 1900°C, protected from atmospheric oxygen to form a molten bath.

次いで四−ランタニドケイ酸塩の単結品積を該融解浴と
接触させた。この核は該化合物の六方格子のa結晶方向
に平行にカットされてあった。次いで該核をそれ自身に
対して回転運動させながらゆっくりと引き上げた。これ
により該核の末端において単結晶が次第に形成されるに
至った。
A single mass of tetra-lanthanide silicate was then contacted with the molten bath. This nucleus was cut parallel to the a crystal direction of the hexagonal lattice of the compound. The nucleus was then slowly pulled up in a rotational motion relative to itself. This led to the gradual formation of single crystals at the ends of the core.

これにより長さ30 nm及び直径70mmの均質な単
結晶が得られた。次いで該単結晶を該結晶中に恐らく存
在する四価セリウムイオンを三価セリウムイオンに還元
させるために、水素雰囲気下に1200 ’Cにおいて
アニーリング(annealing )処理に供した。
This resulted in a homogeneous single crystal with a length of 30 nm and a diameter of 70 mm. The single crystal was then subjected to an annealing treatment at 1200'C under a hydrogen atmosphere in order to reduce the tetravalent cerium ions possibly present in the crystal to trivalent cerium ions.

三価のセリウムイオンのみが約410nmのシンチレー
ションに対して応答性である。
Only trivalent cerium ions are responsive to scintillation at about 410 nm.

このようにして得られた単結晶は約30ns(ナノセカ
ンド)のルミネセンス減衰速度を有し、これに対し、同
一のセリウム含量を有する米国特許第4.647,78
1号明細書の希土類オキシオルトケイ酸塩に対してはル
ミネセンス減衰速度は約60nsであった。
The single crystal thus obtained has a luminescence decay rate of approximately 30 ns (nanoseconds), in contrast to US Pat. No. 4,647,78 with the same cerium content.
For the rare earth oxyorthosilicate of No. 1, the luminescence decay rate was about 60 ns.

実施例2 前記実施例1のようにしてGd2O3の553.91 
g、CeO2の5.72 g及び5tO2の119.3
6 gから式:%式%) のランタニドケイ酸塩単結晶を生成させた。前記実施例
1と同一の条件下において粉末を調製し、同一の手順を
使用して単結晶に変換させた。該結晶は約410nmに
おいて発光し、そのルミネセンス減衰速度は約27 n
sであった。
Example 2 553.91 of Gd2O3 was prepared as in Example 1 above.
g, 5.72 g of CeO2 and 119.3 of 5tO2
A lanthanide silicate single crystal with the formula: % formula % was produced from 6 g. A powder was prepared under the same conditions as in Example 1 above and converted to single crystals using the same procedure. The crystal emits light at about 410 nm, and its luminescence decay rate is about 27 nm.
It was s.

実施例3〜5:Ln9.23Ceo、1(SiO4)6
02の単結晶[LnはLa(実施例3)、Yb(実施例
4)及び、Lu(実施例5)を表わすJ 下記:La2O3の498.91 g 、 CeO2の
5.72 g及び5102の119.62 g ;又は
Yb2o3の645.45g、 CeO□の6.11g
及びSiO2の127.94g;又はLu2O3の65
5.25g 、 CeO2の6.14 g及びSiO2
の128.63 gを使用した点を除いて前記実施例2
と同様な操作手順を使用してランタニドケイ酸塩粉末を
調製した。
Examples 3-5: Ln9.23Ceo, 1(SiO4)6
Single crystal of 02 [Ln represents La (Example 3), Yb (Example 4) and Lu (Example 5) J Below: 498.91 g of La2O3, 5.72 g of CeO2 and 119 of 5102 .62 g; or 645.45 g of Yb2o3, 6.11 g of CeO□
and 127.94 g of SiO2; or 65 g of Lu2O3
5.25 g, 6.14 g of CeO2 and SiO2
Example 2 above except that 128.63 g of
A lanthanide silicate powder was prepared using a similar operating procedure.

次いで前記実施例1のようにして単結晶を製造し、前記
実施例1のようにしてアニーリング処理に供した。得ら
れた単結晶はすべてが約410 nmにおいて発光する
シンチレータ−であり、それらのルミネセンス減衰速度
は約40nsであった。
A single crystal was then produced as in Example 1 above and subjected to an annealing treatment as in Example 1 above. The single crystals obtained were all scintillators emitting at about 410 nm, and their luminescence decay rate was about 40 ns.

実施例6:Gd9.13 CeO,05TbO,15(
SiO4)602の単結晶最初にGd2O3の547.
91 g 、 CeO2の2.86 g、Tb2O3の
9.09 g及びSiO2の119.36 gより成る
粉末の混合物を存在させた点を除いて前記実施例1と同
様な操作手順を使用した。次いでこの粉末から前記実施
例1と同様な操作手順にしたがって単結晶を製造した。
Example 6: Gd9.13CeO,05TbO,15(
SiO4) 602 single crystal first Gd2O3 547.
A similar operating procedure was used as in Example 1 above, except that there was present a mixture of powders consisting of 91 g of SiO2, 2.86 g of CeO2, 9.09 g of Tb2O3 and 119.36 g of SiO2. Next, a single crystal was produced from this powder according to the same operating procedure as in Example 1 above.

次いで該単結晶を1200°Cの温度で窒素雰囲気中に
おいて48時間にわたりアニーリング処理に供した。こ
れにより500〜550 nmの波長において発光する
シンチレータ−が得られた。
The single crystal was then subjected to an annealing treatment at a temperature of 1200° C. in a nitrogen atmosphere for 48 hours. As a result, a scintillator that emits light at a wavelength of 500 to 550 nm was obtained.

実施例7〜9 前記実施例6のようにして、Ln9.13 CeO,0
5Tbo、ts(SiO4)602(式中、LnはLa
、 Yb又はLuを表わす)の単結晶を製造した。得ら
れた単結晶はアニーリング後に500〜550 nmの
波長において発光した。
Examples 7 to 9 As in Example 6 above, Ln9.13 CeO,0
5Tbo, ts(SiO4)602 (wherein, Ln is La
, Yb or Lu) was produced. The obtained single crystals emitted light at a wavelength of 500-550 nm after annealing.

実施例10 前記実施例1と同様な操作手順を採用してGd8.23
LuCeo、1(8i04)602の単結晶を製造した
。まずGd2o3の498.51g、 Lu2O3の6
6.49 g 、5102の120.48 g、CeO
□の5.75 gから出発して前記実施例1のようにし
てランタニドケイ酸塩粉末を調製した。
Example 10 Using the same operating procedure as in Example 1, Gd8.23
A single crystal of LuCeo, 1(8i04)602 was produced. First, 498.51g of Gd2o3, 6 of Lu2O3
6.49 g, 120.48 g of 5102, CeO
A lanthanide silicate powder was prepared as in Example 1 above starting from 5.75 g of □.

次いで前記実施例1と同様な操作手順にしたがって前記
粉末から単結晶を製造し、次いで1200 ’Cにおい
て水素雰囲気下に48時間にわたりアニーリングを行っ
た。得られた単結晶は約410 nmの波長において発
光するシンチレータ−であった。このシンチレータ−の
ルミネセンス減衰速度は35 nsであつた。
A single crystal was then produced from the powder according to the same operating procedure as in Example 1, and then annealed at 1200'C under a hydrogen atmosphere for 48 hours. The obtained single crystal was a scintillator that emitted light at a wavelength of about 410 nm. The luminescence decay rate of this scintillator was 35 ns.

実施例11〜13 前記実施例9のようにしてLn8.23Ln’ Ce、
1(SiO4)602(式中、Ln及びLn’は下記表
1に示すランタニドを表わす)の単結晶を製造した。こ
れらの単結晶もまた約410nmの波長において発光し
た。それら単結晶の減衰速度を下記表1に示す。
Examples 11-13 Ln8.23Ln'Ce as in Example 9,
A single crystal of 1(SiO4)602 (wherein Ln and Ln' represent lanthanides shown in Table 1 below) was produced. These single crystals also emitted at a wavelength of approximately 410 nm. The decay rates of these single crystals are shown in Table 1 below.

実施例14 前記実施例1と同様な操作手順にしたがってGd8,1
8LuCeo、o5Tbo、1(SiO4)60□の単
結晶を製造した。まずGd2O3の495.49 g 
、Lu2O3の66.49 g、CeO2の2.88g
、Tb2O3の9.17 g及び5tO2の120.4
8gから出発して前記実施例1のようにしてランタニド
ケイ酸塩粉末を調製した。
Example 14 Gd8,1 according to the same operating procedure as in Example 1
A single crystal of 8LuCeo, o5Tbo, 1(SiO4) 60□ was produced. First, 495.49 g of Gd2O3
, 66.49 g of Lu2O3, 2.88 g of CeO2
, 9.17 g of Tb2O3 and 120.4 of 5tO2
A lanthanide silicate powder was prepared as in Example 1 above starting from 8 g.

次いで前記実施例1と同様な操作手順にしたがって前記
粉末から単結晶を製造し、次いで1200°Cの温度に
おいて水素雰囲気下に48時間にわたりアニーリング処
理を行った。得られた単結晶は500〜550 nmの
範囲における波長において発光するシンチレータ−であ
った。
A single crystal was then produced from the powder according to the same procedure as in Example 1, and then annealed at 1200° C. in a hydrogen atmosphere for 48 hours. The single crystal obtained was a scintillator that emitted light at wavelengths in the range of 500-550 nm.

本発明によるランタニドケイ酸塩の単結晶はエックス線
及びl又はガンマ線検出器におけるシンチレータ−とし
て使用することができる。このような検出器を図面にお
いて概略的に示す。
The single crystals of lanthanide silicates according to the invention can be used as scintillators in X-ray and l- or gamma-ray detectors. Such a detector is shown schematically in the drawing.

図面において検出器はシンチレータ−1とシンチレータ
−からの光を検出するための光電検出器3とを包含する
ことがわかる。シンチレータ−1は、外囲器(enve
lope ) 5、例えばアルミニウム製であって内部
を硫酸バリウムのような反射材料7で被覆したものの中
に配置しである。アルミニウム製外囲器を通過したガン
マ線によりシンチレータ−1が照射された場合、シンチ
レータ−により光が生ずる。発光された光は全方向に向
うけれど反射材料7により反射されて光電子増倍管3中
に導入される。
It can be seen in the figure that the detector includes a scintillator 1 and a photoelectric detector 3 for detecting light from the scintillator. The scintillator-1 has an envelope (envelope).
5, for example made of aluminum and internally coated with a reflective material 7 such as barium sulfate. When scintillator 1 is irradiated with gamma rays that have passed through the aluminum envelope, light is generated by the scintillator. Although the emitted light is directed in all directions, it is reflected by the reflective material 7 and introduced into the photomultiplier tube 3.

増幅器9が光電子増倍管3の出力を増幅する。An amplifier 9 amplifies the output of the photomultiplier tube 3.

前述の検出器は陽電子放射断層撮影法による医学的画像
化に特に使用することができる。この診断法においては
、患者に注入される生物分子中における天然同位元素の
代りに陽電子放射源元素(positron emit
ter element)が組み入れられる。次いでこ
れらの分子又はそれらの代謝物質の存在を陽電子放射に
より身体の部分において検出し、本発明によるランタニ
ドケイ酸塩単結晶の対を使用して消滅光子、すなわちガ
ンマ線を検出する。
The aforementioned detector can be used in particular for medical imaging by positron emission tomography. In this diagnostic method, positron emitter elements are substituted for natural isotopes in biological molecules injected into the patient.
ter element) is incorporated. The presence of these molecules or their metabolites is then detected in the body part by means of positron emission and the pair of lanthanide silicate single crystals according to the invention is used to detect annihilation photons, ie gamma rays.

上述の検出器は先行の放射後に異なる地質層によって放
射されるエックス線及びl又はガンマ線を検出するため
の穿井に使用することもできる。該検出器は異なる地質
層を識別することができる。
The above-mentioned detector can also be used in drilling wells to detect X-rays and l or gamma rays emitted by different geological formations after a previous emission. The detector is capable of distinguishing between different geological formations.

シンチレータ−を組み込んだ石油探査用装置が例えばヨ
ーロッパ特許第231693号明細書に記載されている
An oil exploration device incorporating a scintillator is described, for example, in EP 231 693.

表1 ”ns、za Ln’ICeo、、(Sin4)60□
施例   Ln   Ln’   減衰速度n511 
    Gd   Yb      3512    
 La   Lu      4013     La
   Yb      40図面において、 1:シンチレータ− 5=外囲器 92増幅器 3:光電子増倍管 7:反射材料
Table 1 ``ns,za Ln'ICeo,, (Sin4)60□
Example Ln Ln' Decaying speed n511
Gd Yb 3512
La Lu 4013 La
Yb 40 In the drawing, 1: scintillator 5 = envelope 92 amplifier 3: photomultiplier tube 7: reflective material

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)シンチレータ−が、式: (Ln_1_−_x__1_−_x__2_−_x__
3Ln’_x__1Ce_x__2Tb_x__3)_
9_._3_3(SiO_4)_6O_2(式中、Ln
及びLn’は互いに異なり、La、Gd、Yb及びLu
の中から選択される希土類を表わし、x_1、x_2及
びx_3は 0≦x_1<1 0≦x_2≦0.05 0≦x_3≦0.05 0<x_2+x_3≦0.1 0<x_1+x_2+x_3<1 である)により示されるランタニドケイ酸塩単結晶によ
り構成されることを特徴とするシンチレーターと該シン
チレーターから発する光を検出するための光電検出器と
を組み入れたエツクス線及び/又はガンマ線検出器。 (2)x_1及びx_3が0に等しいことを特徴とする
請求項1記載の検出器。 (3)0.005≦x_2≦0.02であることを特徴
とする請求項2記載の検出器。 (4)x_1が0に等しいことを特徴とする請求項1記
載の検出器。 (5)x_2及びx_3が 0.003≦x_2≦0.01 0.005≦x_3≦0.002 であることを特徴とする請求項4記載の検出器。 (6)x_3が0に等しいことを特徴とする請求項1記
載の検出器。 (7)x_1及びx_2が 0.05≦x_1≦0.2 0.005≦x_2≦0.02しかも0.055≦x_
1+x_2≦0.22であることを特徴とする請求項6
記載の検出器。 (8)x_1、x_2及びx_3が0よりも大きいこと
を特徴とする請求項1記載の検出器。 (9)x_1、x_2及びx_3が 0.05≦x_1≦0.2 0.003≦x_2≦0.01 0.005≦x_3≦0.02 であることを特徴とする請求項8記載の検出器。
[Claims] (1) The scintillator has the formula: (Ln_1_-_x__1_-_x__2_-_x___
3Ln'_x__1Ce_x__2Tb_x__3)_
9__. _3_3(SiO_4)_6O_2 (in the formula, Ln
and Ln' are different from each other and are La, Gd, Yb and Lu
x_1, x_2, and x_3 represent rare earth elements selected from 1. An X-ray and/or gamma-ray detector incorporating a scintillator characterized by being composed of a lanthanide silicate single crystal represented by the formula and a photoelectric detector for detecting light emitted from the scintillator. 2. Detector according to claim 1, characterized in that x_1 and x_3 are equal to zero. (3) The detector according to claim 2, wherein 0.005≦x_2≦0.02. (4) The detector according to claim 1, characterized in that x_1 is equal to zero. (5) The detector according to claim 4, wherein x_2 and x_3 are 0.003≦x_2≦0.01 0.005≦x_3≦0.002. (6) The detector according to claim 1, characterized in that x_3 is equal to zero. (7) x_1 and x_2 are 0.05≦x_1≦0.2 0.005≦x_2≦0.02 and 0.055≦x_
Claim 6 characterized in that 1+x_2≦0.22.
Detector as described. (8) The detector according to claim 1, wherein x_1, x_2 and x_3 are greater than zero. (9) The detector according to claim 8, wherein x_1, x_2, and x_3 are 0.05≦x_1≦0.2, 0.003≦x_2≦0.01, and 0.005≦x_3≦0.02. .
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